Khoa KTMT
1
Chương 7. Quản lý bộ nhớ

Khái niệm cơ sở

Các kiểu địa chỉ nhớ (physical address , logical address)

Chuyển đổi địa chỉ nhớ

Overlay và swapping

Mô hình quản lý bộ nhớ đơn giản
- Fixed partitioning
- Dynamic partitioning
- Cơ chế phân trang (paging)
- Cơ chế phân đoạn (segmentation)
- Segmentation with paging
Khoa KTMT
2
Khaùi nieäm cô sôû

Chương trình phải được mang vào trong bộ nhớ
và đặt nó trong một tiến trình để được xử lý

Input Queue – Một tập hợp của những tiến trình
trên đĩa mà đang chờ để được mang vào trong bộ
nhớ để thực thi.

User programs trải qua nhiều bước trước khi
được xử lý.

–
Các trình biên dòch (compiler) tạo ra mã lệnh chương trình mà
trong đó mọi tham chiếu bộ nhớ đều là đòa chỉ luận lý
–
Đòa chỉ tương đối (relative address) (đòa chỉ khả tái đònh vò,
relocatable address) là một kiểu đòa chỉ luận lý trong đó các đòa
chỉ được biểu diễn tương đối so với một vò trí xác đònh nào đó
trong chương trình.

Ví dụ: 12 byte so với vò trí bắt đầu chương trình,…
–
Đòa chỉ tuyệt đối (absolute address): đòa chỉ tương đương với đòa
chỉ thực.
Khoa KTMT
5
Nạp chương trình vào bộ nhớ

Bộ linker: kết hợp các object module thành một file nhò
phân khả thực thi gọi là load module.

Bộ loader: nạp load module vào bộ nhớ chính
System
library
System
library
System
library
System
library
static linking

object modules
load module
0
L − 1
0
M − 1
0
N − 1
Khoa KTMT
7
Chuyển đổi đòa chỉ

Chuyển đổi đòa chỉ: quá trình ánh xạ một đòa chỉ từ không
gian đòa chỉ này sang không gian đòa chỉ khác.

Biểu diễn đòa chỉ nhớ
–
Trong source code: symbolic (các biến, hằng, pointer,…)
–
Thời điểm biên dòch: thường là đòa chỉ khả tái đònh vò

Ví dụ: a ở vò trí 14 bytes so với vò trí bắt đầu của module.
–
Thời điểm linking/loading: có thể là đòa chỉ thực. Ví dụ: dữ liệu
nằm tại đòa chỉ bộ nhớ thực 2030
0
250
2000
2250
relocatable address

PROGRAM
JUMP i
LOAD j
DATA
i
j
Source code
Absolute
addresses
1024
JUMP 1424
LOAD 2224
1424
2224
Absolute load module
Compile
Link/Load
Physical memory
addresses
1024
JUMP 1424
LOAD 2224
1424
2224
Process image
Khoa KTMT
10
Sinh ủũa chổ thửùc vaứo thụứi ủieồm naùp
Relative
(relocatable)

Execution time: khi trong quá trình
thực thi, process có thể được di
chuyển từ segment này sang
segment khác trong bộ nhớ thì quá
trình chuyển đổi đòa chỉ được trì
hoãn đến thời điểm thực thi
–
Cần sự hỗ trợ của phần cứng cho
việc ánh xạ đòa chỉ.

Ví dụ: trường hợp đòa chỉ luận lý
là relocatable thì có thể dùng
thanh ghi base và limit,…
–
Sử dụng trong đa số các OS đa
dụng (general-purpose) trong đó
có các cơ chế swapping, paging,
segmentation
Relative (relocatable)
addresses
0
JUMP 400
LOAD 1200
400
1200
MAX
= 2000
Khoa KTMT
12
Dynamic linking

module này thì cùng chia sẻ đoạn mã của external
module ⇒ tiết kiệm không gian nhớ và đóa.

Phương pháp dynamic linking cần sự hỗ trợ của OS
trong việc kiểm tra xem một thủ tục nào đó có thể được
chia sẻ giữa các process hay là phần mã của riêng một
process (bởi vì chỉ có OS mới có quyền thực hiện việc
kiểm tra này).
Khoa KTMT
14
Dynamic loading

Cơ chế: chỉ khi nào cần được gọi đến thì một thủ tục mới
được nạp vào bộ nhớ chính ⇒ tăng độ hiệu dụng của bộ
nhớ (memory utilization) bởi vì các thủ tục không được
gọi đến sẽ không chiếm chỗ trong bộ nhớ

Rất hiệu quả trong trường hợp tồn tại khối lượng lớn mã
chương trình có tần suất sử dụng thấp, không được sử
dụng thường xuyên (ví dụ các thủ tục xử lý lỗi)

Hỗ trợ từ hệ điều hành
–
Thông thường, user chòu trách nhiệm thiết kế và hiện thực các
chương trình có dynamic loading.
–
Hệ điều hành chủ yếu cung cấp một số thủ tục thư viện hỗ trợ,
tạo điều kiện dễ dàng hơn cho lập trình viên.
Khoa KTMT
15

common
routines
30K
overlay
driver
10K
pass 1
pass 2
80K
70K
ẹụn vũ: byte
naùp vaứ thửùc thi
Khoa KTMT
17
Cơ chế hoán vò (swapping)

Một process có thể tạm thời bò swap ra khỏi bộ nhớ
chính và lưu trên một hệ thống lưu trữ phụ. Sau đó,
process có thể được nạp lại vào bộ nhớ để tiếp tục quá
trình thực thi.
Swapping policy: hai ví dụ
–
Round-robin: swap out P
1
(vừa tiêu thụ hết quantum của nó),
swap in P
2
, thực thi P
3
,…

–
Phân đoạn đơn giản (simple segmentation)
Khoa KTMT
20
Phân mảnh (fragmentation)

Phân mảnh ngoại (external fragmentation)
–
Kích thước không gian nhớ còn trống đủ để thỏa mãn một
yêu cầu cấp phát, tuy nhiên không gian nhớ này không
liên tục ⇒ có thể dùng cơ chế kết khối (compaction) để
gom lại thành vùng nhớ liên tục.

Phân mảnh nội (internal fragmentation)
–
Kích thước vùng nhớ được cấp phát có thể hơi lớn hơn
vùng nhớ yêu cầu.

Ví dụ: cấp một khoảng trống 18,464 bytes cho một process
yêu cầu 18,462 bytes.
–
Hiện tượng phân mảnh nội thường xảy ra khi bộ nhớ thực
được chia thành các khối kích thước cố đònh (fixed-sized
block) và các process được cấp phát theo đơn vò khối. Ví
dụ: cơ chế phân trang (paging).
Khoa KTMT
21
Phân mảnh nội
operating
system

Khoa KTMT
23
Chiến lược placement (tt)

Partition có kích thước bằng nhau
–
Nếu còn partition trống ⇒ process
mới sẽ được nạp vào partition đó
–
Nếu không còn partition trống,
nhưng trong đó có process đang bò
blocked ⇒ swap process đó ra bộ
nhớ phụ nhường chỗ cho process
mới.

Partition có kích thước không bằng
nhau: giải pháp 1
–
Gán mỗi process vào partition nhỏ
nhất phù hợp với nó
–
Có hàng đợi cho mỗi partition
–
Giảm thiểu phân mảnh nội
–
Vấn đề: có thể có một số hàng đợi
trống không (vì không có process
với kích thước tương ứng) và hàng
đợi dày đặc
Khoa KTMT